Lezing voor de populairwetenschappelijke conferentie Viva Fysica 2013.

1. Op zoek naar een
quantumbeschrijving van de
zwaartekracht
Marcel Vonk (UvA)
Viva Fysica, 1 februari 2013

2. Quantumzwaartekracht
Licht is een golfverschijnsel.
Dit zien we bijvoorbeeld aan het feit
dat licht interferentie vertoont.
2/23

3. Quantumzwaartekracht
Maar… licht lijkt ook uit
deeltjes te bestaan!
Hoe kunnen we begrijpen
dat licht beide
eigenschappen heeft?
3/23

4. Quantumzwaartekracht
Max Born (1924): de golven moeten
worden gezien als kansverdelingen,
die zeggen hoe groot de kans is om
een deeltje ergens te vinden.
kleine kans grote kans
4/23

5. Quantumzwaartekracht
Gevolg: een quantumdeeltje lijkt elk
mogelijk traject af te leggen.
De wiskunde wordt daardoor flink
lastig!
5/23

6. Quantumzwaartekracht
Richard Feynman vond in 1948 een
betrekkelijk eenvoudige manier om die
wiskunde te doen.
Feynmandiagrammen
6/23

7. Quantumzwaartekracht
Probleem: Feynmandiagrammen
bevatten punten (van grootte 0) waar
de interactie plaatsvindt…
…en dit leidt tot oneindigheden in de
uitkomsten!
7/23

8. Quantumzwaartekracht
Voor drie van de vier natuurkrachten
kunnen we dit probleem oplossen.
Renormalisatie
8/23

9. Quantumzwaartekracht
De vierde kracht is de zwaartekracht.
Op grote schaal wordt deze kracht
enorm goed beschreven door de
algemene relativiteitstheorie.
9/23

10. Quantumzwaartekracht
Maar op kleine schaal blijkt de
renormalisatieprocedure voor
zwaartekracht niet te werken.
De oneindigheden blijven hardnekkig
aanwezig!
10/23

11. Quantumzwaartekracht
Een mogelijke oplossing werd
gevonden in de jaren ’80,
voortbouwend op werk uit 1968.
Snaartheorie! 11/23

12. Quantumzwaartekracht
Als we aannemen dat elementaire
deeltjes snaren zijn, zijn er geen
oneindigheden meer.
12/23

13. Quantumzwaartekracht
Met dit idee kunnen we inderdaad de
zwaartekracht beschrijven.
…
Als bonus krijgen we ook allerlei extra
krachten die lijken op de andere drie.
13/23

14. Quantumzwaartekracht
Bijkomend probleem: in de meest
natuurlijke beschrijving heeft
snaartheorie 10 dimensies.
14/23

15. Quantumzwaartekracht
Oplossing: we kunnen deze dimensies
oprollen.
Maar dit kan op enorm veel manieren,
die elk leiden tot andere natuurwetten.
15/23

16. Quantumzwaartekracht
Is snaartheorie juist, en kunnen we er
wel iets mee?
Betere vraag: waarom werkt de
theorie, en wat kunnen we leren?
16/23

17. Quantumzwaartekracht
Op zoek naar algemene lessen die de
snaartheorie ons leert.
Een belangrijke les is het holografisch
principe.
17/23

18. Quantumzwaartekracht
Er is vaak een dualiteit tussen
theorieën met zwaartekracht en
theorieën zonder zwaartekracht.
…vaak in een verschillend aantal
dimensies.
18/23

19. Quantumzwaartekracht
Moeilijke berekeningen aan één kant
zijn vaak erg makkelijk aan de andere
kant.
Toepassing: gecondenseerde materie.
19/23

20. Quantumzwaartekracht
Minstens even interessant: we kunnen
zelfs zonder gedetailleerde theorie
vragen over quantumzwaartekracht
beantwoorden.
Bijvoorbeeld: informatieparadox
20/23

21. Quantumzwaartekracht
Uiteindelijk leidt dit tot een heel nieuw
beeld van wat de zwaartekracht
eigenlijk is.
21/23

22. Quantumzwaartekracht
Kortom: nog geen volledige theorie
van de quantumzwaartekracht…
…maar door de snaartheorie en
soortgelijke ideeën leren we dagelijks
nieuwe dingen!
22/23

23. Quantumzwaartekracht
Vragen?
Binnenkort ook:
www.quantumuniverse.nl
23/23